铝型材挤压模具智能设计及关键技术研究

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1、摘要挤压铝合金型材以其重量轻、强度高、加工性能好、耐腐蚀等良好的特性，在航空航天、铁道车辆、汽车和民用装饰材料中得到了非常广泛的应用，而挤压成形是铝型材最主要的生产方式。目前，我国的大多数铝型材生产厂家在设计制造中仍然采用传统的方法，工艺分析及模具设计主要依靠经验，需要反复调试，生产效率低，成本高，周期长，而且产品质量难以保证。短周期、高质量、低成本是面向21世纪全球化制造业市场竞争的三大要素，而围绕这三大竞争要素的产品创新能力的形成则是应对制造业市场竞争的关键所在。产品创新能力的形成依赖于有效的知识供应和高新技术的驱动，而其基础在于新的

2、理论体系和相应关键技术的研究和开发。本文结合铝型材挤压特点，将基于知识的工程(Knowledge—basedEngineering，KBE)方法引入型材挤压模具设计，在基于知识工程的铝型材挤压模具智能设计系统框架内，对型材挤压模具智能化设计方法进行了研究，在分析弹塑性有限元法和有限体积～步模拟泫基础上，提出了薄壁型材挤压过程的有限体积分步模拟技术，并对数值模拟与人工智能技术相结合的工作带优化方法进行了的研究。本文分析了铝型材挤压产业的发展状况及面临的问题、型材挤压成形研究现状；针对知识经济条件下的先进制造技术与产品创新设计理论体系，研究了

3、智能技术的发展状况，介绍了KBE技术的产生、发展和应用情况：提出了将KBE技术引入型材挤压模具设计。对KBE技术进行了较深入的研究，给出了KBE的定义和内涵，从几何适用性、知识表现形式、知识管理方法、自学习能力等方面分析了KBE技术与传统专家系统的区别；研究了知识表示、知识推理、知识获取和繁衍等KBE关键技术。提出j，型材产品特征模型及挤压模具设计要素特征模型的构造方法；采用面向对象的知识语言AEKL实现了知识框架的描述，对设计知识集成建模技术及知识推理的实现技术进行了研究，并通过AEPCRL知识语言实现了型材挤压事例检索的方法。在分析有

4、限元法和有限体积法模拟薄壁铝型材挤压成形不足之处的基础上，采用有限体积分步模拟方法来仿真薄壁铝型材的挤压成形过程，一方面可以避免网格再划分难题，另一方面可以有效解决有限体积一步模拟方法所面临的计算机资源不足的问题，通过减少每一步计算中Euler网格的覆盖区域达到细化网格的目的，获得更为准确的模拟结果，解决了薄壁型材挤压难以模拟的问题。提出了改进的BP神经网络、遗传算法和数值仿真相结合的铝型材挤压模工作带长度优化方法。将型材截面划分单元，由正交试验法得到单元工作带长度值作为网络训练样本的输入值，模型目标值为变形后质点速度均方差。采用基于有限

5、体积法的数值仿真技术获得样本目标值。模型的全局优化解由遗传算法求得。利用该方法不仅可以实现工艺参数优化，而且可以显著减少了在设计过程中数值模拟的工作量。研究了铝型材挤压模具设计KBE系统框架。以Autodesk公司的AuotCAD软件为开发平台、AutodeskObjectARXAPI为开发工具，建立了铝型材挤压模具智能设计KBE系统KBAES，通过典型实例在KBAES系统的运行及相应的模孔向置、工作带设计、模具强度校核、挤压机及挤压筒等设计结果，验证了系统的有效性，并实现了与数值模拟的有机结合。关键词：铝型材挤压，基于知识的工程，智能设

6、计，有限体积分步模拟法，人工神经网络，遗传算法，工作带优化ABSTRACTAluminumprofileparts，withtheadvantagesoflightweight，highstrength．goodworkabilityandanticorrosion，甜ewidelyusedinaircraft，automotiveanddecoration．ExtrusioniSthedominatingmanufacturingmethodofaluminumprofiles．Atpresent，mostdomesticfactori

7、esthatmanufacturealuminumprofilesstilladopttraditionalmethodinthedesignandmanufacturing．Theprocessandmoulddesignmainlydependonexperience，andthefabricationofmouldneedstrial—and—errortests，whichresultsinlowefficiency,highcostandlongdevelopingperiod．Moreover,theproductqualit

8、ycannotbeguaranteed．ShortdevelopingDefiod，highqualityandlowcostarethethreekeyelementsfort11ecomp